ACRNEMA300统一标准.docx
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ACRNEMA300统一标准
第六节ACR-NEMA300原则
一、ACR-NEMA300原则
PACS在20世纪80年代初有较大发展。
但由于各成像设备厂家所用数据格式不一，因而影响了它们之间信息互换、互连与通信，并阻碍了PACS自身发展。
所有这些促使美国放射设备顾客：
美国放射协会（americancollegeofradiology，简称ACR）和设备制造商关于组织电气制造商协会（nationalelectricalmanufacturesassociation，简称NEMA）于1983年联合成立了一种联合委员会，开发“数据成像与通信”原则ACR-NEMA300，其宗旨是：
（1）增进数字图像信息间通信，而不论提供这些信息设备由何厂制造，也不论信息以何种数据格式来表达。
（2）便于进一步开发和扩展PACS系统，使与医院中其他信息系统连接。
（3）建立一诊断信息数据库，让分布在各地各种设备访问共享。
联合委员会于1985，1988年先后推出了ACR-NEMA300-85，ACR-NEMA300-88二个版本（俗称ACR-NEMA1.0和ACR-NEMA2.0，统称ACRNEMA）。
后来于1993年推出NEMAPS3：
“医学数据成像与通信（DICOM）”，简称DICOM3.0。
这里先讨论ACR-NEMA原则。
ACR-NEMA原则规定了：
①硬件接口涉及物理层电气规范、信号电气特性、插座各脚定义、插座机械尺寸，信号定期规范；②至少软件命令组；③成像设备与网络接口单元（NIU）间或两成像设备间通信统一数据格式集。
图6-174网络环境下ACR-NEMA原则接口示旨在网络环境下，接口一边是成像装置，另一边为网络接口单元NIU（图6-174）。
该NIU实为一种网关，其性质由所使用网络来决定。
它应提供相称于一台PC本地解决能力。
则是在不使用网络时，ACR-NEMA接口在两个支持ACR-NEMA原则仪器设备之间位置图6-175。
这里一种设备是成像装置，另一设备也许是打印机或工作站。
图6-175两成像装置与ACR-NEMA原则接口
二、ACR-NEMA模型与ISO-OSI模型比较
ACR-NEMA也采用分层模型，各层命名与功能划分均参照ISO-OSI参照模型，但两者不完全相似。
兹将它们比较列于图6-176。
由图可见，不同于OSI七层构造体系，在ACR-NEMA中将传播与网络层合并为传播／网络层，因而减为六层。
两层合并因素在于ACR-NEMA原则定义了一种点对点接口，因此本来网络层功能以及它路由控制某些无存在必要了。
兹将各层功能简述于后：
图6-176OSI与ACR-NEMA分层比较
（一）物理层
本层涉及硬件规格，接口访问与字互换合同，它定义了互有关连信号时序，使数据能经由接口传播。
数据链路层通过本层发送数据，进行流量控制与错误检测。
（二）数据链路层
本层与ISO-OSI数据链路层相应，它功能是把来自传播／网络层数据加上控制字组装成帧，通过物理层发出去。
在从物理层接受数据时应去掉帧控制字，检查传播错误并将数据送到传播／网络层。
帧构造如图6-177（a）所示。
帧内第一种字为帧描述符字，最后一种字是帧校验序列。
（三）传播／网络层
如前所述，在ACR-NEMA原则中，由于它定义了一种点对点接口，类似于ISOOSI中网络层以及与之关于路由控制某些是不需要。
因而以网络/传播层概括了ISO-OSI中网络层与传播层功能。
本层功能是将上一层来报文提成每块不超过2048字数据块，随后在加上分组（包）序列号与描述头后进行分组，再传给下一层--数据链路层。
在接受数据时，则将来自数据链路层分组重构成报文后发送至上层（会话层）。
如果某一装置欲运用这一接口通过外部网络进行连接，则需要明白地懂得源与目地址。
这些地址参数是在建立通道时由会话层所提供。
地址信息必要与虚拟通道号一起给出并予存储以支持虚拟通道服务。
其因此要规定块序列号是为了保证报文中数据块能精确地重组。
图6-177帧构造、数据分组与分组描述符字构造示意图6-177（b）为数据分组构造。
它从分组描述符字开始。
分组描述符字涉及一通道号，分组类型和一服务类字段，如图6-177（c）所示。
第二个字是所需数据块序列号涉及15位二进制数与表达最后一种数据块标志位（1位）。
第3个字是报文数据块，其长度在0到2048字之间。
每一分组有一8位通道号。
在传播／网络层功能中有一种保存信道--“0”信道。
它专门用来提供两个端-端应用进程中解决ACR-NEMA报文连接，以避免多通道服务。
“0”通道及其提供联接在系统启动或两个端一端进程工作后即被建立。
（四）会话层
在ISO-OSI参照模型中，会话层是应用程序和通信合同接口层。
在ACR-NEMA中会话层定义了用来建立与断开同其他装置应用程序作端-端连接合同。
上面所述各层合同提供了通向物理接口、完毕帧差错控制以及经由规定接口平面来建立虚拟通道商定。
由于使用这一接口装置也许肩负着许多任务，并涉及到外部网络，故需要一种合同，以便运用虚拟通道来建立端到端报文连接。
会话层合同中尚有某些附加服务。
也许有三类装置要运用本接口：
①主成像装置；②专用成像装置；③网络接口单元（NIU）。
当数据出入传播／网络层时，这三类装置对数据解决是各不相似。
1.主成像装置主成像装置规定会话层通过应用层软件发出并接受各种报文及命令。
它必要组合成报文，选取目地，并以特定格式与构造将这一信息送至正在发送传播／网络层。
会话层及应用服务还应拟定对所收到报文处置并构成命令来响应。
此外此类服务或传播／网络层须负责将数据块排序。
2.专用成像装置专用成像装置指打印机，数字化仪等，它们能接受或发出图像数据并对这些数据进行特定操作。
数据接受器规定会话层有某些专门服务将这些数据通过默认“0”通道分送到指定应用地点。
产生数据装置会话层将运用默认目地形成一种连接。
若此类装置安装在与外部网络相连系统上，则与它相连网络接口单元必要提供一种默认目地以便分送报文。
3.网络接口单元此类设备常与成像装置相连。
它重要功能是为成像装置提供与外部网络接口或数据通路。
咱们不指望该设备提供会话层到应用层服务，而只能提供翻译或中继服务。
它负责解释所包括连接控制数据与目地地址，并将之传到目地。
如果NIU支持一默认地址成像装置，则它必要能接受默结辨认号及相应网络地址以便建立连接。
（五）表达层和应用层
这是ACR-NEMA原则体系中最高二层。
ACR-NEMA原则通过报文格式来描述它们。
表达层功能是：
建立报文（完毕建组并加以组合）。
表达层把通过应用层程序进
图6-178报文传送示意入设备数据按ACR-NEMA原则重新组织成组和元素。
ACR-NEMA原则还提供某些命令来调用某些操作，后者只在与另一设备联接状况下才行。
下面简述数据发送与接受过程：
图6-178阐明，表达层与应用层中报文在进入会话层后加上与“目地连接祈求”传到传播／网络层。
在该层中报文被分割成0～2048字数据块，加上数据描述符字和块序列号成为分组，并传到数据链路层，再加上帧描述符字和帧校验序列，构成一帧，然后经由物理层电缆通过接口来发送出去。
三、报文格式
（一）报文与组
为理解释图像，应提供关于图像最起码信息。
这些信息可提成图像辨认、患者、图像采集装置、图像表达与显示等信息、覆盖（overlay），图像像素数据等若干类。
图像（或其他数据）、与之有关信息以及有关指令应包括在一种报文（message）中。
该报文应由代表上述各类信息“组”（group）来构成。
每一“组”再进一步提成若干数据“元素”（element）。
ACR-NEMA1.0和2.0版本均规定了24个组。
组号、相应信息类型以及大体内容如表6-29所示。
每一组中有某些数据元素是必选（required），某些元素是任选（optional）。
必选元素应提供显示图像和解读图像所必须数据。
任选数据元素则必要提供附加信息。
各“组”在报文中按从0000H开始序号排列，每一“组”在报文中最多余现一次。
组号是一种无符号整数。
偶数组号属ACR-NEMA原则来使用，奇数号组留作制造商或顾客来使用。
奇数组号中比原则组号大1号组称为阴影组（shadowgroups）。
表6-29原则组辨认号及其内容
组号（16进制）
信息类型
内容
0000
命令
为两成像装置间端-端通信能力提供信息
0008
辨认
为顾客提供唯一图像辨认参数
0010
患者
与患者关于信息
0018
采集
提供与图像采集装置及成像过程关于信息
0020
关系
提供图像在患者体内位置信息以及同其她有关图像间关系信息
0028
图像表达
提供能以统一、可重复方式进行图像表达与显示信息
4000
文本
ASCII文本
6000-601E偶数号
覆盖
将图像像素数据覆盖信息
7FE0
像素数据
图像像素数据信息
阴影组留作制造商或顾客填入数据元素。
其信息与原则组属于同一类别。
若某一数据元素在原则组中定义为“必选”，则以某种方式将它放在阴影组中事的确不会影响对它在原则组中状况。
阴影组用来传播那些被原则略去信息或补充原则规定数据。
组0000H定义为命令组，它具有报文中拟运用那些数据关于信息。
组0001H就是组0000H阴影组。
其他各组被定义为数据组。
所有数据组集合被定义为数据集。
（二）数据集类型
表6-30各数据集类型组分类
数据集
组
0008H00101H0018H
0020H0028H
4000H
6000H-601EH
中偶数号
7FE0H
私人组
（奇数号）
图像（IMAGE）
R
O
O
R
O
文本（TEXT）
O
R
N
N
O
图形（GRAPHICS）
O
O
R
N
O
其她（OTHER）
O
N
N
N
O
辨认符（IDENTIFIER）
O
N
N
N
N
空集（NULL）
N
N
N
N
N
R：
必选；O：
任选；N：
禁用
各数据集类型应由它们所包括组来规定。
对于一给定数据集类型其包括组可分为必选、任选、或禁用等分组。
表6-30为各数据集类型中组分类。
由表可见任何具有组7FE0H数据集依照定义为图像（IMAGE）类数据集。
这样，组7FE0H不可用于其他数据集类型。
文本（TEXT）类数据集总是具有组4000H。
图形（GRAPHICS）类数据集至少包括6000H-601EH（偶数）中一组。
其他（OTHER）类数据集被用来作为那些无法被归之于图像、文本或图形各类数据集。
辨认符（IDENTIFIER）类和空集（NULL）均是其他（OTHER）数据集一种特殊类别。
空集类中不包括任何组，它用在报文中只具有命令组（0000H）状况下。
除表6-30所示数据集外，原则定义了3个附加数据集类型。
它们是IMAGE，TEXT和GRAPHICS阴影数据集：
PRIVATEIMAGE，PRIVATETEXT及PRIVATEGRAPHICS。
（三）数据元素
每一“组”被分为若干“数据元素”，后者具有信息段，数据元素成分包括在四个字段中，它们依次是：
组号、数据元素号、长度和值（Value）。
ACR-NEMA原则中，在某指定组中某一特定数据元素被称为元素名（组号，数据元素号），数据元素号为一无符号整数字。
组号和数据元素号一种特定组合在报文中最多余现1次。
各组中数据元素号0000H为第1个数据元素。
它值是一种二进制数，表达从它自己值字段结束至下一组开头字节数。
所有各组不论是原则、阴影、顾客或特定制造商等分组必要有这个元素。
原则规定具备相似组号所有数据元素必要放在一起并依照数据元素号按序来排列。
在阴影组中，数据元素0001H至7FFFH留作制造商使用，而8000H至FFFFH间元素号留作顾客使用。
（四）长度
长度字段为一双字（32bits），是无符号二进制整数，代表从该长度字段结束至下一数据元素开头字节数（若该元素为最后一种元素则为至下一种也许字段字节数）。
这一二进制数必要是一偶数。
（五）值
数据元素“值”应是偶数字节数。
除非另有规定，普通这个“值”是ASCII字符串。
当一种字由2个ASCII字符构成时，则第一种字符相应于该字低字节，例如某个“值”表达为4344其意思为DC。
其中第一种字符D由低字节44代表，而ASCII值E2E313532表达1985.11.25。
某些“值”规定用二进制来表达。
二进制值几乎均采用2补码形式。
唯一例外是像素值。
它可用补码表达，也可以用原码表达，详细由各元素来阐明。
对于双精度32位二进制整数，在传播时先传播两个低字节。
数据元素“值”字段必要用这一整数来表达它到组或报文结束长度（字节数）。
在指定“值”字段可用多值来表达。
对于ASCII值只有反斜杠才干用作分界符，例如下面典型报文中（0028，0030）中值。
各种二进制值普通应是16位2补码字序列。
组号与数据元素号组合唯一地拟定了相应“值”表达形式，这在背面数据字典举例中不难看出。
（六）“数据元素”类型
“数据元素”粗分为三种类型：
第一类：
类型1“数据元素”，它是存储或显示数据所必须，类型1数据元素具有故意义“值”并将随每一报文发送。
“值”字段应包具有效数据。
如图像行数或列数均用类型1来表达。
尚有一类“数据元素”称类型1D，该类型元素若不随报文发送，则接受者将取原则所规定缺省值。
例如图像维数属类型1D，缺省值为2。
若不采用该缺省值（如缺省值规为2而使用者想用3），则这些元素应随报文发送，其“值”字段应包具有效数据。
第二类：
类型2“数据元素”，用于解释重要某些（如检查号，患者方位等），该类型“数据元素”应随每一报文发送（有例外：
如数据元素含于任选组中，则不必发送）。
若“数据元素”“值”未知，该“数据元素”在发送时须将其长度置零，且将“值”字段取消。
与类型1D相似，有类型2D“数据元素”，该类型元素若不随报文发送，接受者应取原则所规定缺省值，若不采用该缺省值则这些元素必要随报文发送，如图像数目，缺省值为1幅。
若数据元素值未知则与类型2同样解决即，在发送时将长度置零，且将“值”字段取消。
第三类：
类型3“数据元素”，用于解释次要某些，如窗位、窗宽等。
并不一定规定发送者发送类型3“数据元素”（若要发送则必要与值字段一起发送）。
也不一定规定接受者对类型3数据元素作解释。
类型1、2数据元素差别是：
所有类型1数据元素在某有效报文发出此前必要已知。
而类型2则否，可以是未知，但仍须作为零长度来元素发送。
如欲理解附加有用信息则类型3元素很有用，但可选也可不选。
（七）阴影组
上面是原则组和私有组中“数据元素”所要遵循某些规则，但对阴影组来说单有这些规则还是不够，还应遵守另某些规则。
例如，使用时也许发生几种生产商或顾客定义同一奇数组中元素状况，为避免因共享数据集而发生冲突，要规定一套办法在每一奇数号组中对元素进行分派。
在除命令信息阴影组（组1）以外每一奇数号组中，保存一固定“数据元素”号数据块（0010H-00FFH）以此用来表白该组中数据元素归属。
每一辨认符（IDENTIFIER）元素应是具有制造商或顾客辨认码类型1自由格式（FF）、单（S）值ASCII字符串（AT），在第一种辨认符元素中插入一辨认码后制造商或顾客就在指定组中保存数据元素。
其保存规则如下：
（1）（“辨认符”）元素0010H辨认制造商保存元素1000H-10FFH归属。
元素0011H辨认制造商保存元素1100H-11FFH归属，以此类推始终到元素007FH辨认制造商保存元素7F00H-7FFFH归属。
（2）（“辨认符”）元素0080H辨认顾客保存元素8000H-80FFH归属元素。
0081H辨认顾客保存元素8100H-81FFH归属。
依次类推直至元素00FFH辨认顾客保存元素FF00H-FFFFH归属。
（3）某一元素集中元素应从××00H-××FFH顺序编号。
报文中实际元素号应将“辨认符”元素号映像后替代××。
例如“辨认符”元素号为0010H。
将10映射过去替代××。
实际元素号就变成1000H-10FFH。
（4）总之，对奇数号组来说，“组”号、“数据元素”号以及制造商或顾客辨认码拟定了关于值独一无二表达形式。
（八）典型报文举例
应用举例是教学和课本理论深化理解，举一种例子看一下就可理解到报文是如何构成。
其中有些描述在学了背面章节后才干理解，读者可暂时不论。
具有命令SEND-REQUEST典型报文如下，各字按传送顺序由左至右排列。
组
元素
长度
值
意义
阐明
0000
0000
00040000
00560000
从本字段结束至下一组开始偶数字节
0000
0001
00040000
01A00010
从本字段结束至报文结束偶数字节
0000
0010
000C0000
43412D52454E
414D3120302E
“ACR-NEMA
1.0”
辨认码
0000
0100
0000
0001
0001H
命令字段=SEND-REQUEST
0000
0110
0000
123A
123A
由成像装置生成报文辨认号
0000
0200
00040000
43443148
“DCH1”
发送者逻辑地址
0000
0300
00040000
43413148
“ACH1”
接受者逻辑地址
0000
0800
0000
0000
0000H
数据类型=图像
0008
0001
00040000
00800000
组长度
0008
0001
00040000
013E0010
报文长度
0008
0010
000C0000
43412D52454E
414D3120302E
“ACR-NEMA1.0”
辨认码
0008
0020
000A0000
393l3538312E
2E313532
“1985.11.25”
分项检查日期
0008
0030
00080000
323l303A3A35
“12：
05：
59”
分项检查时间
0008
0040
0000
0000
0000H
数据集类型＝图像
0008
0060
0000
5254
“DR”
成像模式
0008
0070
00040000
424l4443
“ABCD”
制造商
0008
0080
000E0000
454DF48
C41
“MercyHospital”
医院辨认号
0008
0090
00000000
检查医师未知
0010
0000
00040000
0040
组长度
0010
0010
000E0000
4F4A454E2C53
4A204DE
“JONES，JimC._”
患者姓名
0010
0020
00080000
303l2D
“102-304_”
患者辨认号
0010
0030
000A0000
39313632
312E2E3l3532
“1926.11.25”
患者出生日期
0010
0040
0000
204D
“M-”
患者性别＝男
0018
0000
00040000
00000000
组长度为零-无其她元素传送
0020
0000
00040000
00180000
组长度
0020
0010
00040000
39323330
“2903”
分项检查号
0020
0020
00040000
5C522046
“R/F”
患者取向
0028
0000
00040000
002C0000
组长度
0028
0010
0000
0400
0400H
行数＝1024
0028
0011
0000
0400
0400H
列数=1024
0028
0030
00060000
2E205C33332E
“_.3＼.3”
像素实际尺寸＝0.3×0.3像素
0028
0100
0000
0008
0008H
每个像素指定位数＝8
7FE0
0000
00040000
00080010
组长度
7FE0
0010
00000000
×××××××
×
…××××××××
像素数据（524，288个字）
四、报文内容
（一）概述
一种报文具有一种数据集，如前所述数据集有四类：
图像、“覆盖”、文本和其他。
除了特定图像医学内容以外还也许包括：
（1）图像时间顺序例如相隔3个月两张胸片上肺部肿瘤发展；在每秒一张连拍30秒图像序列上反映动脉与静脉对肿瘤供血差别等；
（2）图像数据与该图像在患者体内位置之间关系。
有时还要阐明患者（或图像）与成像装置几何布局之间关系；
（3）图像应按级提成组以便于组织和辨认；
（4）图像相对于患者方位，并提供阐明图像与成像装置坐标系之间关系手段；
（5）具有像素数据比特字段应予明确阐明。
如果“覆盖”与某图像关于联，则它们应外加1比特并和每个像素一起存储，或存储在由元素（X，0200H）指明另一“数据元素”中；
（6）如图像或“覆盖”需要某些特殊显示特性，则这些特性应由相应线性变换查找表或参数来规定。
（二）图像
1.图像集分层关系每一报文中只应具有一种图像。
该图像与其他图像关系由数据元素“原始图像辨认”（0020H，5000H）中规定分级关系来加以阐明。
元素（0020H，5000H）具有组与元素号顺序表。
这些组和元素号详细阐明了用来辨认图像数据元素。
所有数据类型为类型2D。
缺省表达以六级层次辨认图像：
站点辨认号（0008H，1010H）（级别最高），分项检查日期（0008H，1020H），分项检查（0020H，0010H），系列图像（0020H，0011H），采集（0020H，0012H）和图像（0020H，0013H）（级别最低）。
若某一实现选取采用其他数据元素或采用不同级数，则必要在数据元素（0020H，5000H）中加以阐明。
所有用来辨认图像那些数据元素必要与图像一起给出。
若对于某一图像，缺少某个元素，则应将该元素值置1。
数据元素（0020H，5000H）称为原始图像辨认命名元素。
其中具有一ASCII字符串顺序表用以表白元素（0020H，5000H）中各组号元素号所示元素名。
有些医院和部门也许有它们自己一套分项检查号，因而有必要运用附加数据元素以保证无歧义地辨认图像。
2.图像辨以为便于进行图像辨认，原则定义了三类图像，因而有相应图像辨认。
（1）原始图像与原始图像辨认所谓原始图像是指其像素值代表原始未通过变换图像数据。
有许多办法来唯一地辩认图像。
原则采用“原始图像辨认”数据元素（0020H，5000H）规定缺省分层法。
规定产生图像装置指定一种分项检查号，该号在一天内不能重复地使用，于是原始图像可唯一地由下述元素来辨别：
站点辨认号（stationID）
（0008H，1010H）
分项检查日期（studydate）
（0008H，0020H）
分项检查（study）
（0020H，0010H）
系列图像（series）
（0020H，0011H）
采集（acquisition）
（0020H，0012H）
图像（image）
（0020H，0013H）
（2）变换后图像及其辨认所谓变换后图像是指：
其像素值已通过修改或变换，例如通过图像解决或相减。
此类图像必要具有三个由变换装置提供数据元素：
变换装置辨认号
（0020H，3401H）
变换图像辨认号
（0020H，3402H）
图像变换日期
（
升级会员 